【正文】 G5=106247。K) O2: CP=+103(+60)106(+60)2=(kmol℃ ） , CF= KJ/（ kg 圖一 圖中 W0——液泛 速度， m/s； L——液體質(zhì)量流速， kg/h； G——?dú)怏w質(zhì)量流速， kg/h； ρL——液體密度， kg/m3 27 ρg——?dú)怏w密度， kg/m3； α——填料比表面積， m2/m3 ε——填料空隙率， %； μ——液體粘度， mPahm2）； D1——槽體直徑， m； GA——空氣量， m3/h。 L5=( – )/ 2tan(14/2） = 噴嘴喉管長(zhǎng)度 L0， m 通常噴嘴喉管長(zhǎng)度取 L0=3mm。 n= 30 取 n=13 噴嘴孔徑（ dj） ， m dj=（ Li /3600wj） 1/2 式中 wj——噴嘴處溶液流速， m/s， 取 wj =20 m/s。 FP= （ 105） = （ d） 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出填料高度 HP= FP / (a ) 式中 a——填料比表面面積 HP= / ()= 取 HP=17m 填料分兩段， 上 段 8㎝下段 9㎝ . 噴射再生槽 的 計(jì)算 槽體計(jì)算 （ a）再生槽直徑計(jì)算 再生槽直徑計(jì)算可用下式計(jì)算： D1=（ GA / ） 1/2 式 中 : Ai——吹風(fēng)強(qiáng)度， m3/（ hatm） ； A——經(jīng)驗(yàn)數(shù)，取 A=20； W——吸收塔操作氣速， m/s； Na——溶液中 Na2CO3含量 ， g/L； B——吸收過(guò)程液氣比 ， L/m3。 Q3=1770(150－ )+1770+410(150－ ) =② 蒸汽消耗量， W5， KJ/釜 W5=Q3/r2 式中 r2——130℃ 蒸汽的 液 化熱， KJ/kg， r2=W5=表 熱量衡算表 ： 收入 KJ/kg 支出 KJ/kg 洗 滌 塔 (/h) 半水煤氣帶入的熱量G0C60 P t1 106 半水煤氣帶出的熱量 106 冷卻水吸收的熱量 106 總 和 106 總和 106 硫泡沫槽 (/h) 脫硫液帶入的熱量 105 脫硫液帶出的熱量 105 蒸汽冷凝放出的熱量 105 總 和 105 總和 105 熔硫釜/（釜） 硫膏帶入的熱量 105 硫膏帶出的熱量 106 蒸汽冷凝放出的熱量 105 環(huán)境吸收的熱量 105 總和 106 總和 106 26 5. 設(shè)備計(jì)算及選型 脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 [1119] 脫硫吸收塔采用填料塔，填料為 ? 76 76 聚丙烯 鮑爾環(huán)，公稱直徑為 76cm，空隙率為 ε=， 比表面積為 α=,采用亂堆的方式?！?) 脫硫液的出口溫度 約 為 41℃ ,則出口時(shí)的比熱容 Cp2≈ Cp1 2 洗滌 塔熱量衡算 24 ① 洗滌 塔熱負(fù)荷 Q1， KJ/h Q1=G0(C60 P t1－ C45 P t2) 式中 G0——入 洗滌 塔半水煤氣 量 Q1=（ 60－ 40） =106KJ ② 冷卻水消耗量 W3， m3/h W3=Q1/（ CH2OK) CO2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmol VN2= VH2=247。按 2H2S+O2=2H2O+S 計(jì)算，每公斤硫需要 空氣，采用噴射再生的空氣量可能要少一些，主要是在喉管中氣液接觸好，反應(yīng)激烈，接觸時(shí)間也少得多，一般再生時(shí)間需要 30min 以上，由于采用噴射再生， 12min 就滿足了工藝要求，但吹風(fēng)強(qiáng)度大，達(dá)到 136m3/(㎡ 而 pH 值較 低 時(shí)加大溶液量即增大噴淋密度可明顯增加脫除硫化氫量。 pH 值對(duì)硫化氫吸收和其氧化成元素硫有著相反影響。 Ⅲ 、再生槽液位的影響 再生槽液位是根據(jù)再生槽硫泡沫層的厚度和循環(huán)系統(tǒng)的液位來(lái)進(jìn)行控制的，通過(guò)調(diào)節(jié)再生槽 上液位調(diào)節(jié)器平衡管的高度調(diào)節(jié)液位高低。 (2) 循環(huán)槽液位的影響 循環(huán)槽液位可根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中的溶液量及再生槽和脫硫塔等設(shè)備內(nèi)的液位，溶液循環(huán)量進(jìn)行控制，一般情況下以不低于液位顯示的 50 %及不高于循環(huán)槽放空管口為宜，以保證貧液泵正常工作及避免循環(huán)槽內(nèi)形成真空。但液氣比過(guò)高則溶液在反應(yīng)罐和再生槽內(nèi)的停留時(shí)間短，不利于析硫和 溶液 再生。pH 值過(guò)高，則析硫較慢，副反應(yīng)加快，一般控制在 ～ 。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 2— 4 （ 4）酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成 H2O2 22223 2)(22)(2 OHOOHTOOHT ??? 2— 5 2H2O2+2NaOH+Na2V4O9＝ 4NaVO3+3H2O 2— 6 H2O2+NaHS＝ H2O+S+NaOH 2— 7 式中 2)( OOHT ——醌態(tài)栲膠 3)(OHT ——酚態(tài)栲膠 氣體中含 CO O2及溶液中的 H2O2引起的副反應(yīng) Na2CO3+CO2+H2O＝ 2NaHCO3 2— 8 2NaHS+2O2＝ Na2S2O3+H2O 2— 9 4H2O2+2NaHS＝ 5H2O+Na2S2O3 2— 10 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O 2— 11 反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)的影響 影響栲膠溶液吸收的因素 Ⅰ 、溶液組分濃度的影響 栲膠法中含有 Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外還有生成物 S、 NaHCO Na2S2O3 等，上述組分均影響溶液的吸收。在富液槽內(nèi)未被氧化的硫氫化鈉被進(jìn)一步氧化，并析出單質(zhì)硫，此時(shí)，溶液中吸收的硫以單質(zhì)懸浮狀態(tài)存在。（ 5）栲膠需要熟化預(yù)處理，栲膠質(zhì)量及其配制方法得當(dāng)與否是決定栲膠法使用效果的主要因素。 本課題是采用濕法對(duì)水氣煤脫硫，主要是采用栲膠脫硫法，栲膠法是我國(guó)特有的脫硫技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)使用較多的脫硫方法之一。優(yōu)點(diǎn)是既能脫除硫化氫，又能脫除在機(jī)硫，凈化度高，可將氣體中硫化物脫除至 1cm3/m3 以下。當(dāng)溫度升高、壓力降低時(shí)，硫化物解吸出來(lái)，使吸收劑再生，循環(huán)使用。中合法，用弱堿性溶液為吸收濟(jì)，與原料氣中的酸性氣體硫化氫進(jìn)行中和反應(yīng)，生成硫氫化物而除去。因此即便有一種方法有明顯的優(yōu)勢(shì)，他也不一定就很快采 用。因此，大型合成廠廣泛將此法用于業(yè)精細(xì)脫硫。因此，原料氣中的梳化物，必須脫除干凈。 文獻(xiàn)綜述 由于生產(chǎn)合成氨的各種燃料中含有一定的硫，因此所制備出來(lái)的合成氨原料氣中，都含有硫化物，其中大部分是無(wú)機(jī)硫化物硫化氫 （ H2S），其次還含有少量的的機(jī)硫化物，如 二硫化碳（ CS2）、硫 氧化碳（ COS）、硫醇（ R— SH）和噻吩（ C4H4S）等 。用于脫硫的栲膠屬于水解類熱溶栲膠，在堿性溶液中更容易氧化成醌類；已氧化的栲膠在還原過(guò)程中氧取代基又被還原為羥基。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過(guò)一定指標(biāo)時(shí)，硫化物 與 催化 劑活性中心結(jié)合，就能使以金屬原子或金屬氧化物為活性中心的催化劑中毒、失活。 合成氨所需的原料氣，無(wú)論是天然氣、油田氣還是焦?fàn)t氣、半水煤氣都人 含有硫化物，這些硫化物主要是硫化氫（ H2S）、二硫化碳（ CS2）、硫氧化碳（ COS）、硫醇（ R— SH）和噻吩（ C4H4S）等。 氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等 工 業(yè)。本設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了 合成氨脫硫工段的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備選型、廠房布置和三廢處理。 著重詳細(xì)介紹了脫硫工段的工藝流程、工藝條件、生產(chǎn)流程、技術(shù)指標(biāo)、熱量衡算及物料衡算以及設(shè)備計(jì)算和選型等內(nèi)容。 編寫本設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實(shí)際、簡(jiǎn)明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮 復(fù)合肥料。此外，氨還是常用的冷嘲熱諷凍劑。 合成氨在生產(chǎn)原料氣中硫化物雖含量不高，但對(duì)生產(chǎn)的危害極大。因此，無(wú)論原料來(lái)源如何，合成氨原料必須首先脫硫。 其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下 : 1) 堿性溶液吸收 H2S 的反應(yīng) ： Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝ NaHS+CO2+H2O 2) NaHS 與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉： 硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦 釩 酸鈉，析出單質(zhì)硫。用高硫煤作原料時(shí)，硫化氫高達(dá)20— 30g/ m3 。隨著石油化工的發(fā)展，還會(huì)開發(fā)出新的脫硫方法。但 此法凈化度不高，出口含硫量在 20—— 100 cm3 / m3 。當(dāng)含硫氣體通過(guò)這些脫硫劑時(shí)，硫化物被固體脫硫劑所吸附，或被脫硫溶液所吸收而除去。濕式氧化法，用弱堿性溶液吸收原料氣中的硫化氫，生成硫氫化物，再借助溶液中載氧體（催化劑）的氧化作用，將硫氫化物氧化成元素硫，同時(shí)獲得副產(chǎn)品硫磺，然后還原載氧體，再被空氣氧化成氧化態(tài)的載氧體，使脫硫溶液得到再生后循環(huán)使用。生產(chǎn)中往往用這些溶劑，同時(shí)脫除原料氣中的酸性氣體硫化物和二氧化碳。常用的干法脫硫有氧化鋅法、鈷鉬加氫法、活性炭法、分子篩法等。主要成分是丹寧，由于來(lái)源不同，丹寧組分也不同，但都是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 的多羥基芳香烴化合物組成，具有酚式或醌式結(jié)構(gòu)。 其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下 : 1) 堿性溶液吸收 H2S 的反應(yīng) ： 12 Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝ NaHS+CO2+H2O 2) NaHS 與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉 ： 硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦 釩 酸鈉，析出單質(zhì)硫。再生槽浮選出的單質(zhì)硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內(nèi)，上部清液回貧液槽循環(huán)使用， 沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產(chǎn)品硫磺。 15 (2) 溶液中 NaVO3：若溶液中 NaVO3濃度高，析硫快、顆粒小、難分離 ,且堿耗增大 。 (6) 溶液中 NaHCO3：若溶液中 NaHCO3 濃度高，將使 pH 值升高，對(duì)再生吸氧和析硫都不利。若半水煤氣入塔溫度過(guò)高，則會(huì)使煤氣中夾帶水分混入溶液，溶液稀釋，且易產(chǎn)生溶液夾帶，因此，半水煤氣的入塔溫度應(yīng)嚴(yán)格 控制在 30～ 35 ℃之間。 Ⅰ 、溫度的 影響 溫度高再生速度加快，但副產(chǎn)物增多，硫泡沫發(fā)粘，不易分離，且氧溶解度降低，所以應(yīng)控制溶液溫度在 35 177。 Ⅳ 、再生時(shí)間與再生空氣量 再生時(shí)間長(zhǎng)，則再生空氣量大，有利于將還原態(tài)栲膠氧化成氧化態(tài)栲膠。 由于栲膠脫硫溶液是多種氧化還原物質(zhì)的混合體，電位值又是該混合體氧化還原性的綜合體現(xiàn)。 溫度 提高反應(yīng)溫度可加 快反應(yīng)速度，對(duì)吸收和再生都有利，冬天溫度過(guò)底生成硫磺的粒子細(xì)， 硫 泡沫很難捕集，所以在噴射再生槽前設(shè)有溶液加熱器調(diào)節(jié)溶液溫度。 19 4. 物料衡算和熱量衡算 物料 衡算 [610] 1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 半水煤氣 成分 組分 N2 CO2 CO H2 O2 體積 /％ 表 脫硫液成分 組分 Na2CO3 NaHCO3 總堿 總釩 栲膠 濃度（ g/L） ⑶ 半水煤氣中硫化氫含量 C1=711 mg/m3 ⑷ 凈化氣中硫化氫含量 C2=⑸ 入 洗滌 塔的半水煤氣的溫度 t1=60℃ ⑹ 出 洗滌 塔入 脫硫 塔的半水煤氣的溫度 t2=45℃ ⑺ 出 脫硫 塔半水煤氣的溫度 t3=41℃ ⑻ 入 脫硫 塔半水煤氣的壓力 P=（絕壓